Hidroxiapatita

La hidroxiapatita es un mineral de la clase mineral de “fosfatos, arseniatos y vanadatos”, que puede ser abundante en varias localidades, pero en general no es muy común.

La hidroxiapatita cristaliza en el sistema hexagonal con la composición química Ca5(PO4)3(OH) y generalmente desarrolla cristales prismáticos cortos a largos de hasta 30 cm de longitud.

También se encuentra en forma de agregados minerales de uva baja a masiva, formas de estalactita y recubrimientos crujientes.

Además, la hidroxiapatita forma la base de la sustancia dura (hueso, dientes) de todos los vertebrados.

En su forma pura, los cristales de hidroxiapatita son incoloros y transparentes. Debido a la refracción múltiple debida a defectos de la red o al entrenamiento policristalino, pero también puede aparecer blanco y aceptar por aditivos extraños un color gris, amarillo, verde, marrón o negro, la transparencia disminuye en consecuencia. Su trazo de color es siempre blanco.

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Etimología e historia de la hidroxiapatita

Ficha tecnica

Hidroxiapatita

Formula quimica: Ca5(PO4)3(OH)
Color: Blanco, gris, amarillo, verde, violeta, púrpura, rojo o marrón
Raya: Blanca
Lustre: Vítreo
Transparencia: Transparente a translúcido
Sistema cristalino: Hexagonal, dipiramidal
Hábito cristalino: Cristales prismáticos hexagonales
Fractura: Concoidea
Dureza: 5 en la escala de Mohs
Tenacidad: Quebradiza
Densidad: 3,16 g/cm3
Solubilidad: Soluble en HCl

El nombre hidroxiapatita indica, por un lado, su estrecha afinidad y similitud química con los otros miembros del grupo apatita, y, por otro lado, el ion hidróxido característico de la composición química, que, sin embargo, evitó la detección durante mucho tiempo después de la primera formulación de apatita (formación de agua inadvertida durante el ashing y disolviendo las muestras en ácido).

En 1873, Robert Warington describió la formación de una “apatita de oxígeno hidratado” como un producto de la hidrólisis del fosfato de calcio. Un mineral natural que corresponde a la fórmula de esta apatita de óxido de calcio hidratado fue posteriormente denominado “hidroapatita” por Damour  y llamado “hidroxiapatita” en 1912 por Waldemar Theodore Schaller.

Usos de la hidroxiapatita

En la industria química, la hidroxiapatita es un mineral importante para la extracción de fósforo y, por lo tanto, para la producción de fertilizantes y ácido fosfórico.

En medicina, se utiliza como un biomaterial para el injerto óseo, en parte en combinación con fosfato de β-tricálcico, o como un recubrimiento bioactivo de implantes de titanio para mejorar la implantación ósea.

Para el recubrimiento de implantes con hidroxiapatita, es el método para incubar superficies de vitrocerámica bioactiva durante varios días en un fluido corporal simulado.

La concentración de iones de calcio y fosfato en la solución excede el producto de solubilidad y libera gradualmente fosfato de calcio.

Si se dan las condiciones correctas para el pH y la composición del fluido corporal simulado, se obtiene una modificación similar o similar a la hidroxiapatita.

Al hacerlo, es posible almacenar otras sustancias en el fosfato de calcio resultante como coprecipitado. Los componentes inorgánicos en cuestión, como el silicio, pueden promover la osteoconductividad al cambiar sus propiedades superficiales.

El almacenamiento de proteínas, principalmente los factores de crecimiento como las BMP, también se está investigando para lograr también la osteoinductividad.

De acuerdo con una teoría, la hidroxiapatita debe remineralizar el esmalte y así z. Por ejemplo, ayuda con los dientes dolorosos o previene la caries dental.

Por lo tanto, la hidroxiapatita se usa como un medicamento biomimético en preparaciones de dentífricos.  Sin embargo, no hay evidencia científica de tal efecto.

En la bioquímica de proteínas preparativa, la hidroxiapatita se utiliza como una fase estacionaria en la separación cromatográfica de proteínas, especialmente proteínas de membrana.

En genética, el mineral se utiliza en la hibridación ADN-ADN (un método más antiguo para establecer los niveles de parentesco en los organismos). Utiliza su propiedad de que se une a las cadenas dobles de ADN, pero no a las cadenas simples. Por lo tanto, las hélices dobles se pueden separar de las hebras simples.

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Clasificación de la hidroxiapatita

La novena edición de Strunz’schen mineral sistemática utilizada desde el año 2001 y válido de la Asociación Internacional de Mineralogía (IMA) también asigna a la hidroxiapatita en la clase de los “fosfatos, arseniatos, vanadatos” y luego en el Departamento de “fosfatos, etc., con Más aniones, sin H2O”.

La mayoría en la nomenclatura de idioma Inglés de los minerales mediante Dana asigna la hidroxiapatita en la clase de los “fosfatos, arseniatos, vanadatos” y luego en el Departamento de “fosfatos de agua clara, etc., hidroxilo o halógeno” uno. Aquí está (Ce), Belovit- (La), Kuannersuit- (Ce), fluorapatita, Fluorstrophit, Fluorcaphit, Deloneit- (Ce) con apatita cloro, carbonato-fluorapatita, carbonato Hydroxydapatit, Belovit-, Stronadelphit, Fluorphosphohedyphan y Phosphohedyphane en el “grupo apatito” con el sistema no. 41.08.01 dentro de la subsección de “fosfatos anhidros, etc., con hidroxilo o halógeno con (A) 5 (XO4) 3Zq”.

Estructura cristalina de la hidroxiapatita

La hidroxiapatita cristaliza hexagonalmente en el grupo espacial P63 / m (número de grupo espacial 176) con los parámetros de red a = 9.42 Å yc = 6.87 Å y 2 unidades de fórmula por unidad de celda.

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Yacimientos importantes de hidroxido de apatita

La roca hidroxiapatita se origina de forma metamórfica en serpentinita y esquisto de talco o hidrotérmicamente en pegmatita. Caracteristicas de la hidroxiapatita

Además, se construye en diferentes capas de roca por sedimentación biogénica. Los minerales acompañantes incluyen brushita, calcita, Montebrasit, moscovita, Crandallit, esquisto serpentina y talco.

En general, la hidroxiapatita se detectó previamente (a partir de 2011) en alrededor de 250 localidades. Cabe destacar que los descubrimientos con hidroxilo excepcionales incluyen Snarum en la provincia noruega de Buskerud, Hospental en el cantón suizo de Uri y Eagle en el estado estadounidense de Colorado, donde se descubrieron cristales de hasta 3 cm de diámetro.

En Alemania, el mineral se encontró, entre otros, en el Fichtelgebirge y Spessart bávaros, Neuhof, en el Odenwald, en Waldgirmes y Wiesbaden-Naurod en Hesse, Bad Harzburg en Baja Sajonia, Neheim-Hüsten en Renania del Norte-Westfalia, en Renania del Norte-Polonia en Renania del Norte-Polonia en Renania-Palatinado varios lugares en el Erzgebirge sajón, en Barmstedt en Schleswig-Holstein y en Ilfeld en Turingia.

En Austria, el hidroxido de apatita aparecio cerca de Badersdorf en Burgenland, en Brandrücken en el Koralpe de Carintia, en varios lugares en Krieglach en Estiria y en las montañas Bregenzerwald en Vorarlberg. En Suiza, el mineral se encontró entre otros en Sils en Engadin / Segl en el cantón de Graubünden, en Centovalli, en el Lago Maggiore y en Sambuco en Ticino.

Otras localidades incluyen Argentina, Etiopía, Australia, Bahamas, Bolivia, Brasil, la pequeña isla de Anguila, Antillas, China, Francia, Groenlandia, Irán, Italia, Japón, Yemen, la República Democrática del Congo, Canadá, Cuba, Malta, México, Mongolia, Namibia, Países Bajos, Noruega, Papúa Nueva Guinea, Polonia, Puerto Rico, Rumania, Rusia, Arabia Saudita, Suecia, Seychelles, Eslovaquia, España, Sudáfrica, Tailandia, República Checa, Turquía, Uganda, Hungría, Ucrania, Venezuela, el Reino Unido (Reino Unido) y los Estados Unidos de América (EE. UU.).

Aparicion de la hidroxiapatita en los seres vivos

La hidroxiapatita forma la base de la sustancia dura de todos los vertebrados y surge en el cuerpo a través de la biomineralización.

Está presente en los huesos en aproximadamente el 40%, en la zona de calcificación del cartílago articular, en la dentina (dentina) en el 70% y en el esmalte (esmalte) en el 95%.

En consecuencia, el esmalte dental con una dureza de Mohs de 5 es el material más duro de nuestro cuerpo.

El esmalte está formado por adamantoblastos (ameloblastos, células formadoras de fusión). Estas células primero secretan un tejido conectivo (preenamelum).

Después de la erupción dental, la mayor parte de la mineralización tiene lugar: al incorporar Ca2 + y fosfatos en forma de apatito, el esmalte obtiene su dureza final.

El esmalte no solo protege mecánicamente sino también químicamente. Sin embargo, si se disuelve a pH <5.5, se desmineraliza.

Esto se puede evitar sustituyendo el ion hidróxido por un ion fluoruro, por ejemplo, agregando fluoruro en pastas dentales, sal de cocina o agua potable.

La fluorapatita tiene un producto de solubilidad mucho menor al mismo pH, i. es decir, hay muchas menos moléculas de fluoroapatita que se disocian en una solución que las moléculas de hidroxiapatita. Es por eso que la fluorapatita es más resistente que la propia hidroxiapatita del cuerpo.

El fosfato de calcio que se produce de manera natural no corresponde a la hidroxiapatita cristalina químicamente pura y al 100%, pero tiene sustituciones en la red cristalina.

En primer lugar, una sustitución de PO43-por CO32- tiene lugar en contacto con los iones carbonato, por ejemplo, de la sangre y el fluido intersticial.

Otros sustituyentes importantes in vivo son principalmente magnesio, pero también iones de sodio y zinc, así como especies biológicas como citrato y proteínas.

Huesos, dentina y esmalte no son todos apatita mineral. Más bien, las partículas planas de hidroxiapatita sustituida con carbonato están incrustadas en una matriz de proteínas, principalmente colágeno, que le da al material óseo las propiedades de un material compuesto.

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Produccion sintetica de la hidroxiapatita

La hidroxiapatita se puede producir en el laboratorio; se forma como un precipitado muy lento en forma de depósitos aciculares hexagonales de soluciones extremadamente diluidas obtenidas con nitrato de calcio, dihidrógeno fosfato de potasio y soda cáustica.

Otra posibilidad para la producción es el uso de una solución de hidróxido de calcio y ácido fosfórico. Este último se titula a la solución hasta que surge un precipitado.

El exceso de líquido se elimina a aproximadamente 1270 ° C (calcinación). Posteriormente, el sólido resultante puede ponerse en forma.

La solubilidad y la estabilidad del pH de varios fosfatos de calcio desempeñan un papel en las preparaciones.

Para obtener hidroxiapatita de una solución acuosa, debe estar presente una relación molar de calcio a fosfato de 1.67, e idealmente debe mantenerse un pH de 9.5 a 12.0.

Cuando se usan concentraciones muy bajas, la adición de especies o polímeros iónicos como SDS, CTAB, PEI, PVP y otros puede evitar que los núcleos a nanoescala se conviertan en partículas más grandes en una aglomeración adicional.

Otro método de producción es la ingeniería de tejidos, en la que los osteoblastos se aplican a un andamio y se exponen a una sonicación. Esto se basa, por ejemplo, en la apariencia del pie humano, de modo que los osteoblastos crezcan como si estuvieran creciendo directamente en el cuerpo.

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